測量學第1章40214

1、 第一章 測量學概述內(nèi)容提要：第一章第一章 測量學概述測量學概述 學習要點 測量學的概念 測量學的基本任務 測量學的特點 測量的基準面 地面點位的確定 測量的程序與原則測量學的基本概念測量學的概念測量學的概念測量學的作用測量學的作用測量學的學科分類測量學的學科分類1.測量學的概念 測量學是研究地面上點與點之間相對位置關(guān)相對位置關(guān) 系系的科學（包括地面、地下、空間）。 測量學利用測量儀器和工具，用測量的方法 和手段，來確定點與點之間的相對關(guān)系，主要 是指地面點之間的角度與距離角度與距離關(guān)系。而在多個 點之間，它們又構(gòu)成線和面線和面的關(guān)系。 通過計算，地面點的位置可用坐標和高程數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)來表示，根

2、據(jù)工程需要，也用圖圖來表示，如 地形圖、斷面圖，等。1.測量學的概念測量學的概念 測量工作主要為國民經(jīng)濟建設(shè)服務為國民經(jīng)濟建設(shè)服務為國民 經(jīng)濟建設(shè)提供各類地形圖地形圖，以及所需的地面 現(xiàn)狀度量數(shù)據(jù)，供工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)、 國防建設(shè)及各類工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計、管 理等使用；同時也為各類工程建設(shè)的實施提 供現(xiàn)場的精確定位精確定位。 此外，在國防、公安、地震與災情監(jiān)測等 領(lǐng)域，測量工作的配合起著越來越重要的作 用。2.測量學的作用測量學的作用3.測量學的學科分類測量學的學科分類大地測量學大地測量學 研究全球全球或廣大地區(qū)廣大地區(qū)的大范圍的定位測量，考慮地球曲 率、重力。分常規(guī)大地測量和衛(wèi)星大地測

3、量。地形測量學地形測量學 研究各種比例尺的地形圖、地籍圖測繪。主要 研究小地小地區(qū)區(qū)大比例尺地形圖的測繪。攝影測量學攝影測量學 對地面進行航空攝影或遙感，利用地面的影像和光譜資 料繪制地形圖。工程測量學工程測量學 研究為各類工程的設(shè)計、施工、運行等各階段所需進行的 測量工作與方法。制圖學制圖學 研究地圖、地形圖編繪。測量學的基本任務測量學的基本任務 兩個任務：測定、測設(shè)。兩個任務：測定、測設(shè)。 測定地面現(xiàn)狀的位置。測定的成果：測定地面現(xiàn)狀的位置。測定的成果：(1).數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 坐標(球面坐標、平面坐標) 、高程、 角度、距離、地面直線的方位角、坡度、 面積、 等。(2).圖圖 地形圖、平面圖、

4、地籍圖、斷面圖、 沉降圖，工程圖， 等。1.1.測定測定（地面（地面 圖紙）圖紙） 將圖紙上設(shè)計的建筑物、將圖紙上設(shè)計的建筑物、 構(gòu)筑物的平面位置和高程，放構(gòu)筑物的平面位置和高程，放 樣于實地，作為施工的依據(jù)。樣于實地，作為施工的依據(jù)。 也叫也叫施工放樣施工放樣。測設(shè)的成果：測設(shè)的成果： 體現(xiàn)設(shè)計的平面位置和高程 的現(xiàn)場標志現(xiàn)場標志。 2.測設(shè)測設(shè)（圖紙（圖紙 地面）地面）測量學的特點和要求 一一.特點特點 實踐性強，責任性要求高， 必須遵照測量的規(guī)范和規(guī)則。 內(nèi)容多：測量學基本原理、誤差理 論、儀器使用、作業(yè)方法、基本計 算，等。 1.1.學會和掌握測量的基本作業(yè)方法：學會和掌握測量的基本作

5、業(yè)方法： 角度測量、距離測量、高程測量 （儀器的基本操作、作業(yè)程序、記錄、成果整理） 2.2.掌握測量儀器的檢驗和校正方法掌握測量儀器的檢驗和校正方法 （測量儀器的軸線關(guān)系、檢驗和校正的作業(yè)方法） 3.3.學會控制測量、地形測量、施工放樣學會控制測量、地形測量、施工放樣 的基本作業(yè)方法的基本作業(yè)方法 （外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)計算與繪圖） 4.4.建立測量誤差的基本概念建立測量誤差的基本概念 （掌握測量誤差的基本理論和測量誤差的計算）二二.學習學習要求：要求： 野外作業(yè)：野外作業(yè)：嚴格按照規(guī)定的作業(yè)和操作程序。 記記 錄：錄：字跡清晰、端正，不得任意涂改 （按規(guī)定方式改數(shù)）。 計計 算：算：按平差規(guī)則、

6、作計算檢核、保證計算精度 （小數(shù)取位）。 正正 負負 號：號：在以下數(shù)據(jù)前，加“+、-”號：高差、豎 直角、指標差、坐標增量、所有的閉合 差、改正數(shù)。5.其他要求其他要求測量的基準面測量的基準面 測量工作使用兩個基準面：測量工作使用兩個基準面： 大地水準面大地水準面 旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面 一一.大地水準面大地水準面大地水準面大地水準面特性（特性（3個）：個）：l絕對高程高程的起算面l處處與鉛垂線相垂 直 l不規(guī)則、封閉的大地水準面大地水準面：平均海水面向陸地延伸包圍整個：平均海水面向陸地延伸包圍整個 地球而形成一個封閉的曲面地球而形成一個封閉的曲面。二二.旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面可用數(shù)學式表示的光

7、滑曲面，代替大地體， 且非常接近于大地體。旋轉(zhuǎn)橢球體面作為 建立坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)的基準面。目前已知： a=6378137m b=6356752m 扁率 f=1/298.257以地球自轉(zhuǎn)軸為短軸pp1的橢圓pep1q繞pp1旋轉(zhuǎn)而 成的橢球體；我國1980年大地測量坐標系采用： a=6378140m b=6356755m 扁率 f=1/298.257二二.旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面地面點位的確定三個數(shù)據(jù)表示一個空間點位： 平面坐標x x、y y(或球面坐標經(jīng) 度、緯度)，由坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)表示。 高程h h，由高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)表示。地面點位的確定地面點的坐標地面點的高程采用地心坐標系時，表示為空 間三

8、維直角坐標x x、y y、z z。一一.地面點的坐地面點的坐標標三種表示方法：1.1.天文坐標天文坐標 2.大地坐標大地坐標3.高斯高斯(gauss)平面直角坐標平面直角坐標一一.地面點的坐標地面點的坐標1.天文坐標天文坐標 天文經(jīng)度 ，0180 天文緯度 ，090 點投影在大地水準面大地水準面上的位置， 天文方法測定。名詞：首子午線、東經(jīng)、西經(jīng)；赤道、北緯、南緯。1.1.天文坐標天文坐標2.大地坐標大地坐標 大地緯度b b 大地經(jīng)度l l點投影在參考橢球面參考橢球面上的位置。我國目 前使用“19801980年國家大地坐標系年國家大地坐標系”。2.2.大地坐標大地坐標3.高斯平面直角坐標高斯平

9、面直角坐標3.高斯高斯(gauss)平面直角坐標平面直角坐標測量平面直角坐標系o yx象限 象限象限 象限（1）測量平面直角坐標系）測量平面直角坐標系 及點的坐標：及點的坐標： 測量平面直角坐標系如右圖， 所有平面三角學公式平面三角學公式都同樣能 在測量坐標系計算中應用。pxpyp 采用高斯投影的方法，將旋轉(zhuǎn)橢球體面 投影到平面上表示。高斯坐標系建立高斯坐標系建立1高斯投影方法：高斯投影方法：將橢球面投影到平面上。 在橢球面上劃分投影帶劃分投影帶逐帶投影到圓柱面 上展開圓柱面成平面直角坐標系； 特點：采用正形投影正形投影（即保角變換、保角影 射）(2).高斯平面直角坐標系的建立高斯平面直角坐標

10、系的建立高斯坐標系建立高斯坐標系建立2使投影帶的中央子午線中央子午線與圓柱體相切，投影時其 長度不變，展開后為x軸軸，向北為正； 赤道赤道與中 央子午線正 交，展開后為y軸軸向東為正。高斯投影示意圖高斯坐標表示高斯坐標表示(3).高斯平面直角坐標的表示高斯平面直角坐標的表示 a）將以中央子午線為x軸的橫坐標加上500000米； （縱坐標不變）（縱坐標不變） b）為區(qū)分各坐標帶，再在各點橫坐標之前加上坐 標帶的帶號。 為使用方便，將x軸向西移500km例：例：設(shè)第21投影帶內(nèi)a、b投 影的橫坐標分別為： ya=+ 224567m yb=245678m 則則： ya =500000+224567=

11、724567m yb =500000-245678=254322m即即： ya =21724567m yb=21254322m二二.地面點的高程地面點的高程二二. .地面點的高程地面點的高程地面點的高程地面點的高程高程系統(tǒng)與高程基準高程系統(tǒng)與高程基準1.地面點的高程地面點的高程1.1.地面點的高程地面點的高程 相對高程相對高程假定高程(多用于建筑施工)絕對高程絕對高程 地面點沿鉛垂線到大地水準面的距離。2.高程系統(tǒng)與高程基準高程系統(tǒng)與高程基準我國國家高程系統(tǒng)：高程系統(tǒng)：黃海高程系黃海高程系我國國家高程基準：高程基準： 1985年年國家國家高程基準高程基準我國取青島附近黃海平均海水面為大地水準面

12、； 人為而定，相對穩(wěn)定(我國1956年取前6年的平 均潮位作為大地水準面；1985年取1953年1979 年共26年觀測的平均潮位作為大地水準面)；水準原點水準原點建在青島市內(nèi)，作為我國的國家高程 基準。1956年高程基準的高程為72.289米， 1985年高程基準的高程為72.260米。上海地區(qū)高程系統(tǒng)：上海地區(qū)高程系統(tǒng)：吳淞高程系吳淞高程系2.高程系統(tǒng)與高程基準高程系統(tǒng)與高程基準測量程序與原則測量工作的基本原則測量工作的基本原則測量工作的程序測量工作的程序確定地面點位的三個基本要素確定地面點位的三個基本要素水準面曲率對觀測量的影響水準面曲率對觀測量的影響測量的程序與原則布局上：由整體到局部

13、由整體到局部精度上：由高級到低級由高級到低級次序上：先控制后細部先控制后細部 一一.測量工作的基本原則測量工作的基本原則(p14圖示)所有測量工作都必須遵循以上原則，也 是測量的工作程序。二二.測量工作的程序測量工作的程序由整體到局部由高級到低級先控制后細部控制測量與細部測量三三.確定地面點位的三個基本要素確定地面點位的三個基本要素稱為三個基本觀測量水平距離 s水平夾角高 差 h1.地面點投影到水平面上以后的關(guān)系地面點投影到水平面上以后的關(guān)系地面點投影到水平面上以后，它們之間的 關(guān)系就是水平距離水平距離s s和水平角水平角 的關(guān)系。abcabcsabsbc水平面觀測s s和 ，可用于計算 點的

14、坐標x、y。不管地面點之間相隔多遠，它們在高程上 的關(guān)系就是高差高差h h。 大地水準面abhabha hb高差h用于確定(計算)地面點的高程h。如 果a點高程ha已知，只要測定b點與a點的 高差高差hab，就可以計算出b點高程高程hb ： hb = ha + hab2.地面點之間的高差關(guān)系地面點之間的高差關(guān)系四四. .水準面曲率對觀測量的影響據(jù)此確定可用水平面代替 水準面的最大范圍。簡化計算，對精度無影響。在小測區(qū)內(nèi)，用水平面代替水準面，討論由 此對距離、角度、高差的影響； s(km) s(cm) s/ss(km) s(cm) s/s10 0.8 1：120萬 25 12.8 1：20萬 5

15、0 102.7 1：49000 100 821.2 1：12000結(jié)論結(jié)論1 1：在半徑小于10km的范 圍內(nèi)量距，不必考慮 地球曲率改正。由 圖：式中?。?顧 及 s/s=s2/3r2 (1-5-2) )(tantanrrrsds得：,/ rs3533115231tan1.水準面曲率對水平距離的影響水準面曲率對水平距離的影響 p(kmp(km2 2) ) 10 0.05 *100 0.51 400 2.03 2500 12.70 結(jié)論結(jié)論2 2： 在半徑小于10km的范圍內(nèi) 進行水平角測量，不必考 慮地球曲率改正。 由結(jié)論1、2知，在半徑小于10km的 范圍內(nèi)進行一般工程的平面測量與 計算，不必考慮地球曲率改正。2.2.水準面曲率對水平角度的影響水準面曲率對水平角度的影響對球面上面積為p的圖形，有球面角超公式：2rp3.3.水準面曲率對高差的影響水準面曲率對高差的影響 s（km) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1 2 5 10h(mm) 0.8 3.1 7.1 13 20 78 314 1962 7848 水平面代替水準面的高程誤差結(jié)論結(jié)論3 3：高程測量時，哪怕距離很近， 也必須考慮地球曲率的影響。(1-5-3)由圖：rdhrdhdrhhd